全國中小學科展

第61屆--民國110年

「換位」思考—交換座位問題方法數探討

我的研究是在m×n層的教室座位圖,每位同學只能朝前後左右移動一格的情形下,有幾種交換座位的方法數探討。我利用圖形分析方式,得出以下四個主要結論:(1)座位圖為奇數時就無法進行交換座位,某些座位圖為偶數時亦無法進行交換座位。(2)透過樹狀圖分析發現2×n交換座位的方法數為費氏數列的完全平方數。(3)利用木棒擺放的圖形方式來解釋交換座位的情形,進而推導出交換座位方法數為兩兩互換座位方法數的完全平方數。(4)找到了2×n、3×n、4×n交換座位方法數的遞迴關係及規律和2×2×2之立體圖形的交換座位方法數。

「蛋」然處之~探討以黃豆餅蛋白與小花蔓澤蘭製成複合材料修飾牆面裂縫之可行性

本島地震頻繁,校園建築物常因地震後會有裂紋,雖無安全之虞,但實在不美觀,我們就想可以自己來動手修補嗎?本組自製複合材料,取自榨取沙拉油後的廢棄黃豆餅,以加酸變性測試,發現在pH3以及100℃下,得到最多的變性蛋白質,另用影響生態的外來種植物小花蔓澤蘭,其莖部作為複合材料的纖維;本組發現,將莖部纖維製成粉末,以60 mesh過篩,含20%纖維的複合材料,有最大的拉力,含20%粉末纖維的複合材料作為填縫劑使用,其拉力測試為市售批土的5倍;本材質無須加熱即可以使用,多為廢物利用,自然分解容易,成本極低,各種組合材料可適用各類用途,沒有塑膠微粒與有毒化學品的問題,為綠色環保盡一點心力,值得大力推廣。

原鄉蜻蜓夢 —時間停留術

實驗構想來自部落耆老童年玩具,從製作竹蜻蜓與發射系統,過程中嘗試解決許多實作上的問題,最後用手電鑽帶動漁網線,透過線和竹蜻蜓尾桿的摩擦力讓它本身旋轉。在它旋轉時打擊空氣分子產生康達效應,因失去能量而產生升力,當升力比它的重力加空氣阻力大時,它會慢慢脫離發射台,最終目標讓竹蜻蜓停留在空中時間最長。實驗中設計不同對葉片竹蜻蜓在尾桿纏繞線不同圈數下,觀察它停留在空中的時間,最後結果發現在穩定條件下,因為二對葉片具有比一對葉片大的升力,且比三對葉片輕之特性,所以二對葉片停留空中時間最長。此次研究不僅能讓實作加入物理基本原理,更能探究實務與理論上差別,且融入到原住民文化課程中,從中思辨出文化與科學的智慧。

誤會大了!離開檳榔走出自己的路!~家鄉荖葉去污功效與應用之探討

荖葉通常出現在檳榔攤用來包檳榔,造成世人誤解以為是導致口腔癌幫兇,但從各類文獻資料得知荖葉有很多功效,例如:清潔去污、抑菌、去味。為了證明荖葉並非只有壞處,因此製作清潔劑研究它去除碗裡污漬的能力、並將荖葉應用在六年級下學期發黴實驗來試驗不同比例荖葉葉子水放入牛奶和吐司會不會抑制發黴,更試著製作荖葉洗滌皂去除布上污漬,最後我們與家鄉四芳社區交流合作,將它應用在生活清潔用品、甚至製作放入藥材及料理中。透過深入認識在地特產荖葉,我們不只希望幫忙荖葉去除汙名,更希望為家鄉的荖葉產業注入新的可能性,開發本地特色產業。

探討以折光計檢測酒精濃度及應用於高端鳳梨酒的測定

本研究成功開發高端鳳梨酒釀製方法,有助農民疏解鳳梨產銷問題。從以折光計測定酒精度,發現該方法有濃度限制性,經實驗提出正確的測定方式,成功應用在鳳梨酒的酒精檢測。探討乙醇與水的非加成性,避免配製時產生誤差;也探討折光計測定酒精需在50%內才有準確結果。高端鳳梨酒的製造,探討最佳釀造條件如糖添加量、溫度、酵母菌、及蒸餾等。結果顯示鳳梨汁在25°Brix糖度、與酵母菌重量比100:1、於15°C-25°C發酵僅需4~6天即可完成,糖的分解率高達75%,可降低成本,靜置3月蒸餾可得鳳梨風味酒。本方法可降低成本,提升售價,提高農民收入並解決鳳梨過剩問題,此模式也能用於其他產量過剩的水果。經蒸餾收集的高濃度酒精,也能用來調配成殺病毒的酒精。

走塑入膜

本研究探討以「海藻酸鈉」製作走塑保鮮膜的配方,運用物性檢測了解不同配方保鮮膜性質並與市售保鮮膜比較,以提出製作走塑保鮮膜的最佳方式,再以花青素的酸鹼呈色特性製作具標示功能的保鮮膜。研究發現:實驗組4號膜配方為2%海藻酸鈉以5%乳酸鈣成膜,再加上20%甘油及8%醋酸增加柔軟性,與對照組8號市售保鮮膜最相似。4號膜在物性檢測之比序分數優於其他保鮮膜,食物保鮮效果佳,包覆食物微波加熱時,不易脫落且保水性佳。鮮奶變酸實驗,添加花青素有顏色變化,可成為食物酸敗指標,市售保鮮膜則無此標示功能。4號膜配方為食品級成分,無食安及環保疑慮,功能與市售保鮮膜相似,價格低廉,每張20cmX14cm約 5 元,值得推廣以取代市售含塑保鮮膜。

千萬「鱉」「助」─狄氏大田鱉動物行為之探討

大田鱉卵到成蟲發育日數約36.7天,偏好棲息淺水域及深色環境。主要以振動併光影變化觸動攻擊,獵物進入複眼上方約67.6˚與下方約29.5˚的垂直面,兩側約97.9˚的水平面,雌雄蟲複眼前方約18.2及15.7mm的熱區時以約0.07秒出手捕獵。 模擬雄蟲以振幅5mm的振動容易吸引雌蟲。離較遠時頻率高易吸引雌蟲,最高約2下/秒,接近時則振動慢易吸引雌蟲,最慢約1.4下/秒。產卵偏好保濕性佳,角度垂直水面,形狀圓柱形,直徑約1.2cm的圓柱形枝條,產卵高度約在水面上37.6cm至65.9cm間 一至三齡蟲可捕食孑孓。獵物殘渣有助蛋白質與脂肪分解,並可作為稻秧養分來源。

從莫比烏斯環探討k股n葉結

莫比烏斯環是一種只有一個面和一條邊的曲面,可透過紙條自轉半圈製作出來,本研究的出發點為探討紙環在不同的旋轉圈數下,紙條邊緣的結構,並將其延伸到葉結。因紙條會限制自轉的圈數,因此我們利用水管模擬紙條的邊緣,得出自轉圈數×股數=葉數,又因水管有固定長度,導致在不同的股數與自轉圈數下,圖形不一致,因此我們推廣至討論繩子在圓上等分點的繞法,將經過的等分點記錄成迴圈數列,並改寫成同餘數列以利探討同餘之等價關係。本研究旨在證明可以形成k股n葉結時,k與n必須互質,反之亦成立,又對於所有大於等於3的整數n,必有n-1股n葉結,故n葉結一定存在。最後進一步探討葉結立體結構的幾何性質以及在三維空間中的參數式。

實用顛倒蛋之最佳製程研發及創新機台製作

去年地區科展已經成功找出顛倒蛋的製作方式,其缺點是煮蛋的環節需要一個人一直不停的翻轉蛋,從今年的結論可看出已改進了,其中: 結論一:顛倒蛋製作步驟中的「煮蛋」 的部分自動化(機器在P。12) 結論二:找出快煮爐煮顛倒蛋的模式(煮蛋時間及溫度表在P。24) 結論三:快煮爐煮顛倒蛋工具已著手申請專利 在顛倒蛋原理探討的部分,使用Photoshop將圖片二值化,得到蛋黃佔51。28%的數據(P。15),和去年地區科展報告推論的50%非常接近;更製作了流速檢測儀(P 。16),發現蛋白和蛋黃流速的不同,猜想流速不同是製作出顛倒蛋的重要原因。

等腰叢林生存法則

我們研究《科學研習月刊》上一個有趣的數學遊戲「正七邊形的頂點中有五個紅點,兩個黑點,用紅點當頂點可以連成多少個等腰三角形?」。 目前研究此題目的其他科展作品,採取直接計算所有頂點皆為紅點的等腰三角形個數,當黑點增加時,分類情形複雜而難有一致規律,所以探討到最多的黑點個數僅為4個。 有別於其他作品,我們提出不同的策略,先計算等腰三角形頂點包含黑點的情形,再利用排容原理扣除,得出一般化的結果:在正N邊形中,給定任意B個黑點(B=0,1,2,…),給出計數等腰三角形的個數一般化策略與公式。除此之外,利用本研究提出的方法,進一步延伸探討正多邊形內的等腰梯形個數,給出計數等腰梯形個數的一般化策略與公式。